哺乳动物视锥蛋白基因进化研究进展

视觉对于生物进化有重要意义, 生物可以调整它们的视觉系统以应付它们所处的特定的光环境. 认识和了解生物视觉系统感知的分子机制尤为重要, 视蛋白基因氨基酸序列(基因型)和色素吸收光谱值λ_max (表型)之间的关联使视蛋白基因成为研究视觉进化的一个很好的模式系统. 研究表明, 视蛋白基因以及视锥色素在哺乳动物进化中表现出显著的多样性, 视觉感知的分子机制远比人们以前所认知的更为复杂和扑朔迷离. 本文将评述近年来哺乳动物重要类群中视觉系统视蛋白基因进化研究进展, 为进一步深入研究哺乳动物视觉感知的分子机制提供基础资料.     

低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础

哺乳动物配子发生过程中双亲特异性甲基化印迹导致父母双方的基因组在发育中的不等性和互补性, 使父母双方的基因组对正常发育都是必需的. 因此, 基因组印迹是胚胎发育过程中基因组整体水平上基因表达调控至关重要的第一步, 也是哺乳动物两性生殖的表观遗传基础. 但基因组印迹在脊椎动物中的进化起源、形成并维持稳定的表观遗传修饰分子机制都还完全不清楚. 在动物界, 由于至今未在非哺乳动物中发现内源印迹基因, 基因组印迹被认为可能是胎生哺乳动物单独进化出来的. 为探索基因组印迹的进化起源, 本文研究了哺乳动物印迹基因在低等脊椎动物的同源基因中是否存在双亲特异性差异甲基化区域. 通过用重亚硫酸氢盐测序的方法, 对金鱼Igf2基因的CpG岛在精子、卵子、不同发育阶段胚胎以及成体不同组织中的甲基化情况进行分析, 结果表明, 与哺乳动物Igf2基因一样, 金鱼Igf2基因内部也存在差异甲基化区域, 该区域在卵子中没有甲基化, 在精子中被高度甲基化; 但与哺乳动物印迹基因不同, 金鱼的双亲特异性甲基化差异不能在胚胎发育过程中保持稳定, 可能是脊椎动物进化早期的一种初级的基因组印迹. 这些结果说明, 低等脊椎动物中存在基因组印迹进化的基础, 基因组印迹不是哺乳动物单独进化产生的     

基因重复在基因选配(gene co-option)过程中的重要作用: 对motilin/ghrelin 荷尔蒙基因家族及其受体基因家族的进化研究

原先存在的基因经过一些改良可能获得新的属性从而承担新的功能. 在分子遗传的层次, 这个过程通常伴随基因重复以及基因重复后旁系同源基因的功能分化. 本研究探索了基因重复后荷尔蒙、受体间特异性相互作用的演化形成. 尽管对这个问题已有相关研究报道,但针对更多个案的研究能帮助我们更好地理解此前已经提出的进化模型的普遍性, 可能还有助于发现新的进化模式. 基于生物信息学的手段, 结合比较基因组学、系统发育学的方法, 本研究揭示, ghrelin 前体基因和motilin 前体基因是由一个祖先基因重复而来, 基因重复发生在羊膜动物与两栖动物刚刚分歧之后. 与此形成鲜明对照, 它们各自的特异性受体却呈现了很不一样的进化历史. GPR39 最先分化出来, 而后一个祖先基因经连续的基因重复分化为鱼类特异的进化支A, GHSR 和MLNR, 基因重复发生在射线鳍鱼(ray-finned fish)与四足动物分化之前. ghrelin/GHSR 信号系统的功能从鱼类到哺乳动物的进化过程中始终保守. motilin-MLNR之间的特异性相互作用是荷尔蒙基因重复后, MLN 与GHRL 基因分化之后, 在羊膜动物世系中配体与受体协同进化而形成的. 该结果提示, 在分子水平上, 基于保守的分子元件, 新的神经内分泌响应模式能够通过基因重复后的基因选配过程形成. 基因重复既节俭又极具创造力, 为生物多样性的演化提供了物质基础.     

哺乳动物中不同表达丰度外显子的进化特征

通过比较基因组学方法, 利用哺乳动物基因组数据对不同表达丰度外显子的进化特征进行了研究. 以非编码区和假基因为对照, 对外显子进行序列相似度、phastCons和Ka/Ks分析, 结果显示, 高表达外显子十分保守而低表达和低表达的外显子也在物种间表现出保守的进化特征. 低表达丰度的外显子构成了物种转录组中大多数的转录本种类, 结果显示它们的进化都受到功能限制, 暗示它们可能在生物进化过程中为增加生物复杂度做出贡献.     

分子减速进化的普遍性研究

分子水平“中性突变”的发现与“中性学说”的提出丰富了人们对生物进化尤其是分子进化的认识,同时对达尔文主义提出了严峻挑战.中性论者认为:分子水平的绝大部分突变对生物体既非“有利”,亦非“有害”,而是中性.它们主要是通过在群体中的遗传漂变被随机固定或消除,因而具有恒定的,与生物世代长短无关的突变速率.60年代中期Zuckerkandl等提出的“分子进化钟”假设(即分子进化速率在整个物种演化中恒定)是中性理论的主要支柱.但此假设自问世以来就一直存有争议,只是由于双方均采用相对分子进化速率(为两物种分子进化速率均值),双方的证据均不能让对方信服.为解决此论争,我们建立了绝对分子进化速率(指单一物种分子进化速率)计算方程,揭示多系-集落刺激因子(multi-CSF)与GM(粒单系)-CSF在哺乳动物进化中不遵守“分子进化钟”,其进化速率随物种进化程度提高而降低,即呈现“减速进化(slow-down evolution)”.为判断此现象的普遍性,本文系统分析了4种不同蛋白质从单细胞原核生物到单细胞真核生物、植物、节肢动物,直至灵长类中人的绝对分子进化速率的变化情况,证明“减速进化”在不同蛋白质/酶中,在不同物种进化中均普遍存在,因而推测为一种普遍的规律.此外,本文还尝试了用此规律来分析、估计相近物种(     

SARS相关病毒与鼠肝炎病毒S蛋白的同源暗示一个潜在受体结合区的存在

最近, 一种新的冠状病毒被确定为近期爆发的严重急性呼吸综合征(SARS)的病原体. 虽然人们对人冠状病毒229E已经有了较多的研究, 而且其受体结合位点也被确定在S蛋白第417~547个氨基酸残基之间. 但是, 这一区域与新分离的SARS相关病毒(香港株, CUHK-W1)没有任何同源性. 有意思的是, 已知的各种冠状病毒S蛋白S1亚基的序列比对和进化分析显示, 鼠肝炎病毒(MHV)与SARS相关病毒的同源性最高. 而且, MHV的S蛋白上负责受体结合的重要位点(第62~65和第214~216位氨基酸残基)与SARS相关病毒的相应区域(第51~54和第195~197位氨基酸残基)高度同源. 这些生物信息学的分析结果可能对研究SARS相关病毒的受体结合位点和病毒侵染靶细胞的机理有所帮助, 进而为设计抗病毒药物和疫苗提供新靶点.     

会"计划生育"的动物

在自然界中,各种动物的繁殖、生长、进化和消亡都受到大自然的制约.生物学家经过考察研究发现,一些较高等的哺乳动物经过长期的进化,获得了一种能控制生育的本领.     

最早的哺乳动物

在脊椎动物各门类之间的进化关系方面,有关哺乳动物起源的研究是材料最丰富、内容最广泛的一个课题.脊椎动物中这一最高等的门类在地球历史上的大爆发始自新生代初期,号称“哺乳动物时代”的新生代已经历了6500万年之久.然而它的真正历史却开始得非常早.早在三迭纪末期(一亿六、七千万年以     

促甲状腺激素释放激素受体基因在小鼠睾丸中的表达

促甲状腺激素释放激素(Thyrotropin-releasing hormone,TRH)为Shally等人于1969年从羊和猪的下丘脑中提取并分离纯化的3肽。TRH与垂体前叶促甲状腺激素细胞特异性受体结合刺激促甲状腺激素(TSH)的合成和分泌。应用免疫组织化学,TRH定位于睾丸内间质细胞中,且TRH基因也已在人、大鼠和小鼠的睾丸中表达。然而,TRH是否通过特异性受体作用于睾丸仍不清楚。目前,编码TRH受体(TRH Receptor,TRH-R)的cDNA克隆已从小鼠垂体促甲状腺激素肿瘤细胞中分离出来,其氨基酸序列显示TRH-R是由7个跨膜区的单一肽链构成,属G蛋白偶联型受体超家族。大鼠和小鼠的TRH-R的核苷酸和氨基酸序列具有高度同源性。TRH可能通过G蛋白偶联受体起到内分泌和神经药理作用。Satoh等人通过Northern印迹杂交和反转录-PCR发现小鼠、大鼠和人的睾丸组织中特异性表达了TRH-R基因,但无定位结果。本文应用原位杂交组织化学(ISHH)技术,首次观察了TRH-R mRNA在小鼠睾丸中的表达和定位,现报道如下:     

苦味受体基因家族功能和演化研究的最新进展

苦味的识别作为一种防御机制, 能帮助动物避免摄入有毒物质, 它在动物的长期进化过程中起着至关重要的作用. 由于不同动物具有不同的生存环境和取食偏好, 使苦味识别能力在动物的长期进化中产生了分化. 苦味的识别源于苦味物质和苦味受体的结合, 所以对编码苦味受体基因的研究成为研究苦味识别的分子基础. 近年来, 随着体外功能实验体系的建立, 越来越多苦味受体的配体被发现. 另一方面, 随着许多脊椎动物基因组的测序完成, 人们对苦味受体基因家族的演化研究也取得了很大的进展. 对演化驱动力的研究, 能够使我们了解不同物种中苦味受体功能的变化趋势, 从而帮助我们发现更多的苦味配体. 本文主要介绍了苦味受体基因家族的功能及其在脊椎动物中演化的最新进展, 并对苦味受体基因家族今后的研究提出了展望.     

细胞因子与受体的协同进化及其推论的验证

细胞因子均通过结合并激活各自的胞膜受体而发挥其多重生物学作用。目前,人们对细胞因子-受体作用后的信号传导机制以及因子-受体相互作用所产生的生物学效应均有不少了解,但对进化过程中两者关系的认识仍处空白。分子进化学以往主要集中于对单—蛋白质的种间分子进化分析,而缺少对相关蛋白质分子进化的比较研究。贺福初和吴祖泽曾运用Dayhoff计算法比较分析细胞因子中多种造     

钙调素在文昌鱼神经系统中的分布

钙调素(calmodulin,简称CaM)是一种进化上十分保守的小分子酸性钙结合蛋白,广泛分布于各类真核细胞中,参与细胞内多种酶和生理过程的调节。近来采用免疫组织化学技术和放射免疫分析技术等研究证明。哺乳动物神经系统含有丰富的CaM及CaM结合蛋白。CaM对神经功能的调节作用日益受到人们的重视。文昌鱼在进化地位上具有重要意     

胰核糖核酸酶基因(RNASE1)重复与功能分化

适应是生物进化中最根本的问题之一. 胰核糖核酸酶(RNASE1)由胰脏分泌, 是一种非常重要的消化酶. 目前已证实RNASE1基因重复与前肠发酵食草动物中独特消化系统的功能适应紧密相关, 成为研究动物对食性适应性进化遗传机制的重要模式系统之一. 同时有研究发现, 在不具有前肠发酵特征的某些哺乳动物中也存在RNASE1基因重复事件, 提示该基因在这些物种中可能产生了新的组织特异性或功能. 文章综述了RNASE1基因在动物适应性进化, 包括食性方面的研究进展.     

快速生长导致转“全鱼”生长激素基因鲤鱼临界游泳速度的降低

进化生物学研究表明, 快速生长赋予生物的优势与劣势之间存在权衡. 硬骨鱼类的生长率与游泳能力之间也存在这种权衡. 本研究提出假说认为, 快速生长将导致转基因鱼游泳能力减弱. 比较F3代转“全鱼”生长激素基因黄河鲤与其对照鱼的生长和临界游泳速度, 表明转基因鱼的平均体重是对照鱼的1.4~1.9倍, 平均特定生长率比对照鱼高出6%~10%, 而其绝对临界游泳速度和相对临界游泳速度的平均值分别比对照鱼低 22%和 24%. 本研究暗示, 具有快速生长效应的转基因黄河鲤表现出低劣的游泳能力, 这也证实了生长率和游泳能力之间存在权衡, 即同一物种的个体生长率越高, 临界游泳速度则越低.     

狗脑泛肽(Ubiquitin)的分离及其抗吗啡活性

泛肽不只是细胞内需能蛋白水解酶的辅助因子,而且能与组蛋白结合,在转录调节中起重要作用。该肽最初由Goldstein于1974年自牛胸腺分离得到,1975年确定了氨基酸序列“。随后,又从血球及其它机体组织中分离得到,并经序列测定证实。据不同报道,哺乳动物组织中泛肽的一级结构有74和76个氨基酸残基两种。此肽迄今未见自哺乳动物脑中分离得到,也未曾报道过其具有抗吗啡活性。     

人核受体nr5a2(hb1f)基因组序列的生物信息学分析

在克隆了人核受体基因nr5a2(hb1f )的cDNA的基础上, 测定了该基因的全基因组序列. 采用生物信息学手段对nr5a2(hb1f )基因组序列进行了深入分析. 序列同源性比较及编码序列预测结果提示, 在测定的210 kb基因组序列中,特别是人nr5a2(hb1f )基因的内含子中可能还存在其他的编码信息. 通过比较基因组方法分析不同生物nr5a基因的结构, 发现各种生物nr5a基因的结构具有保守性, 并且在进化过程中有明显的基因重复现象. 对斑马鱼、小鼠和人nr5a2基因上游序列的比较, 显示这些生物nr5a2基因的启动子区域相当保守, 提示不同生物的nr5a2基因可能受到同一类转录因子的调控.     

志贺氏菌属各亚群菌株基因组“共有骨架”组成的分析

不同原核生物在基因组组成上的差异是其生物学性状差异的基础. 然而，进化中亲缘关系较近的菌群, 其基因组除了含有群或株特异的基因外, 还含有反映它们起源和进化痕迹的“共有骨架”结构, 而这些“共有骨架”恰恰是它们基本生存能力和共有生物学性状的基础. 志贺氏菌在起源和进化上与大肠杆菌极为密切, 目前倾向于将二者划为同一个种. 利用大肠杆菌K-12全基因组及Sf301特异性ORFs的芯片研究了志贺氏菌4个群间的基因组组成. 结果显示, 分别有16%~22% K-12的ORFs序列没有在志贺氏菌的基因组中被检测出, 而志贺氏菌的基因组中包含至少2800个保守的ORFs, 组成了其共有的“共有骨架”. 进一步分析提示, 这些“共有骨架”是维持肠道细菌正常生命生理活动所必需的基本组成. 此外, 只有20%的Sf301特异性ORFs同时存在于其他3个菌株中, 揭示了各菌株间基因组的异质性和菌属内的遗传多样性.     

转生长激素基因促进鲤鱼胸腺的发育

采用显微注射方法, 获得转“全鱼”生长激素(GH)基因鲤鱼(转基因鱼), 并对其胸腺发育进行观察. 1龄F1转基因鱼胸腺显著增大、重量增加. 单侧胸腺最大重量达295 mg, 最小为190 mg, 平均为218.6 mg; 而对照鱼胸腺最大重量仅为81 mg, 最小只有20 mg, 平均为42.5 mg. 转基因鱼与对照鱼胸腺绝对重量之比为5.14︰1, 胸腺重量指数之比为2.97︰1. 显微观察表明, 转基因鱼胸腺高度发达, 外区明显增厚, 胸腺细胞高度密集; 而对照鱼胸腺出现退化, 外区较薄, 淋巴细胞分布较为稀疏, 可见明显的脂肪细胞团. 电子显微镜进一步观察显示, 转基因鱼增生的细胞主要为小淋巴细胞, 未发现结构上的异型性变化. 上述观察证明, 转“全鱼”GH基因明显促进鲤鱼胸腺继续发育、胸腺细胞增生和有效延缓、防止胸腺退化. 实验结果为进一步研究转GH基因鱼的免疫生物学效应奠定了基础.     

小鼠基因组中犁鼻器受体V2R基因的分布和序列分析

犁鼻器受体1 (V1R)和犁鼻器受体2 (V2R)被认为是哺乳动物犁鼻器中执行信息素感受功能的两个多基因受体超家族, 它们编码7次跨膜的G蛋白偶联受体. 在大鼠和小鼠中已经发现了3个V2R基因家族. 本研究对最近更新的小鼠基因组数据库进行搜索, 获得63个可能的V2R功能基因, 其中新发现了3个V2R基因, 并且这3个基因构成V2R超家族中的一个新家族. 此外, 对这些基因在基因组上的分布以及序列保守性特征进行了分析, 为V2R的功能域研究提供了部分线索, 并将对信息素受体的功能研究和全面揭示信息素感知的分子机制提供一定帮助.     

动物的婚育

世界上大约有4300种哺乳动物,大多数哺乳动物并不是以一对成年雄性和雌性共同照顾后代这样的核心家庭模式生活的。相反,很多种哺乳动物的成年雄性和雌性都是“分居”的,至少在产仔期如此,两性相会只是为了交配。即便是大多数群居的哺乳动物,例如狮子、狼、黑猩猩和有袋哺乳动物